人类真实与想象导航的神经动力学：探索记忆与导航的奥秘

为探究内侧颞叶（MTL）在人类导航和想象中的作用，研究人员对比真实与想象导航时的 θ 动力学，发现二者相似，有助于理解记忆机制。

　　在人类的认知世界里，情景记忆的形成以及对其进行想象的能力，就像一座桥梁，连接着过去的回忆和未来的憧憬。然而，这座桥梁在大脑中的神经机制却如同隐藏在迷雾中的宝藏，神秘而难以捉摸。过往对啮齿动物的研究发现，内侧颞叶（Medial Temporal Lobe，MTL）尤其是海马体，在这些功能中似乎扮演着关键角色。但在人类身上，特别是在真实世界的动态导航以及主动想象情景记忆时，这些机制是否同样存在，一直是困扰科学界的谜题。

为了揭开这层神秘的面纱，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等多个机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Human Behaviour》杂志上，为我们理解人类大脑的奥秘提供了重要线索。

研究人员主要采用了两种关键技术方法。其一，利用运动捕捉技术，精确追踪参与者在真实世界和想象导航过程中的身体运动轨迹，就像给参与者的行动装上了 “追踪器”，记录下每一个细节。其二，通过对已植入 MTL 电极的癫痫患者进行颅内脑电图（intracranial electroencephalogram，iEEG）记录，获取大脑神经活动的电信号，以此来窥探大脑在导航和想象过程中的 “电活动语言”。

研究结果

1. 真实世界导航中的 θ 动力学：研究人员让参与者沿着两条不同的空间轨迹行走，由于路线上的转弯角度和位置在行走时不可见，参与者需要学习并记住行走模式，转弯就成为了关键的记忆检索点。从 iEEG 数据中提取的 θ 动力学（3 - 12Hz）显示，在即将转弯、完成行走路线的线性段之前，MTL 的 θ 频率范围内的振幅会增加，且这种模式在所有参与者中都很一致。值得注意的是，θ 活动在实际转弯前就达到峰值，并且与其他行为变量（如行走速度、头部旋转、身体转向和眼球运动）无关，这表明 θ 动力学有着独特的功能，不能简单地用其他因素来解释。此外，参与者在完成自我定位任务时，θ 和 β 频率范围会出现活动变化，同时研究还观察到 delta（1 - 3Hz）和 beta（13 - 30Hz）频率范围内的其他频谱峰值，这些频率的活动也与路线段有关。
2. 真实与想象导航中的共享神经动力学：研究人员在实验中穿插了真实世界导航和跑步机行走的时间段。在初始的跑步机行走（对照试验）中，参与者仅需稳定行走；而在后续的跑步机行走（想象试验）中，他们被要求回忆之前或即将行走的路线。分析发现，想象导航时 θ 动力学的时间一致性显著高于对照条件，且在真实世界和想象导航中，MTL 中表现出时间一致性的解剖区域相似，这意味着大脑在处理真实和想象的导航任务时，可能调用了相似的神经区域。此外，在 delta 频率范围内也有类似的发现，但 beta 频率在想象导航中没有表现出一致的动态变化。通过观察参与者的目光，研究人员验证了他们在想象导航中的参与度，发现目光位置能在一定程度上区分想象的左右路线。
3. 重建想象位置：基于 MTL 中真实世界和想象导航都能诱导出时间结构的 θ 动力学，研究人员尝试开发一种统计模型来重建参与者的路线进展。他们将路线结构抽象为正弦模式，把相对位置视为二维圆形变量，利用线性回归模型，以所有 MTL 通道的 θ 动力学为预测变量，来估计路线段的相对位置。结果显示，该模型在真实世界导航中能较好地重建相对段位置，并且在经过线性时间扭曲调整后，该模型也能有效地应用于想象导航试验，准确重建想象位置，且重建误差明显小于对照条件。

研究结论与讨论

这项研究通过对自由移动的人类参与者进行罕见的移动 iEEG 记录，揭示了人类 MTL 中的间歇性 θ 动力学在组织过去事件的回忆和未来行为的想象方面具有重要作用。在真实世界和想象导航中，θ 动力学的相似性表明，大脑在处理这两种情况时可能遵循共同的神经组织框架，独立于环境约束。这一发现与记忆的神经机制可能源于空间导航的进化观点相契合，暗示 MTL 动力学可能在包括空间导航、情景记忆和对未来情景的设想等多个认知领域的时间组织中发挥作用。

然而，研究也存在一定的局限性。例如，虽然研究发现了 θ 动力学与导航和想象的密切关系，但对于人类 θ 振荡的非连续性质，其在各种认知任务中的具体时间和结构仍有待进一步探索。此外，电极放置的可变性限制了对 MTL 亚区域功能的比较。未来的研究可以进一步深入探究海马体 θ 振荡的神经元发生器，以及不同功能细胞类型、θ 振荡和导航策略之间的关系，为我们理解人类大脑的认知功能提供更深入的见解。